CN102114876B - 一种轮履式越障机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地面移动机器人行走机构，具体地说是一种轮履式越障机构，由结构相同的两部分组成，每部分包括一组驱动轮组、三组从动轮组及两个弹性支撑臂，其中第一弹性支撑臂的两端分别连接驱动轮组及从动轮组，第二弹性支撑臂的两端分别连接从动轮组，第二弹性支撑臂可相对摆动地与第一弹性支撑臂相连，主轮轴的另一端分别连接另一部分中的两个弹性支撑臂；两部分的第一弹性支撑臂之间设有连接支架，在连接支架上分别设有行走电机及摆动机构，行走电机与驱动轮组相连；驱动轮组及从动轮组之间通过履带相连接。本发明在平地利用轮子行走，提高移动效率；在障碍物使用履带行走，保证了越障过程中的稳定性及安全性，两种行走方式自动切换。

Description

一种轮履式越障机构

技术领域

本发明涉及地面移动机器人行走机构，具体地说是一种轮履式越障机构。

背景技术

由于履带机构适合在楼梯(斜坡、障碍物)上应用，轮子适合在平地上应用，在障碍及平地环境下实现履带和轮子的切换将有助于提高机器人在地面上的移动效率和在楼梯(斜坡、障碍物)环境中的越障能力。机器人在上下楼梯、斜坡及跨越障碍过程中，往往还需要具有一定的机构变形能力，以降低在楼梯(斜坡、障碍物)上的重心，增大接触面积等。目前，现有的移动机器人的行走机构为了满足这些指标要求，往往采用多电机，多折履带及辅助支撑轮式结构，这种结构的行走机构过于笨重，在障碍物上的稳定性也较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种越障平稳、移动效率高的轮履式越障机构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明由结构相同的两部分组成，每部分包括一组驱动轮组、三组从动轮组及两个弹性支撑臂，其中第一弹性支撑臂的两端分别连接驱动轮组及第二从动轮组，第二弹性支撑臂的两端分别连接第一、三从动轮组，第二弹性支撑臂可相对摆动地通过主轮轴的一端与第一弹性支撑臂相连，主轮轴的另一端分别连接另一部分中的两个弹性支撑臂；所述两部分的第一弹性支撑臂之间设有连接支架，在连接支架上分别设有行走电机及驱动第二弹性支撑臂摆动的摆动装置，行走电机与驱动轮组相连；所述驱动轮组及第一～三从动轮组之间通过履带相连接。

其中：所述第一弹性支撑臂包括套筒、轴芯及弹簧，其中轴芯的两端分别插设有与驱动轮组及第二从动轮组相连接的套筒，套筒内容置有弹簧，弹簧的两端分别抵接在轴芯及套筒内表面上；所述轴芯通过轴承与主轮轴的一端相连接；所述第二弹性支撑臂包括套筒、轴芯及弹簧，其中轴芯的两端分别插设有与第一、三从动轮组相连接的套筒，套筒内容置有弹簧，弹簧的两端分别抵接在轴芯及套筒内表面上；所述轴芯与主轮轴的一端固接；套筒为半封闭的圆筒，所述轴芯的径向截面为半圆形，第一、二弹性支撑臂通过各自的轴芯相连接且处于同一平面内；所述驱动轮组包括履带导引轮、支架、轮轴及两个驱动轮，其中支架与第一弹性支撑臂相连，轮轴的两端通过轴承安装在支架上，其中一端由支架穿出、与行走电机的输出轴相连接；所述轮轴上键连接有履带导引轮及两个驱动轮，履带导引轮位于两个驱动轮之间、与履带相连接；所述第一～三从动轮组结构相同，包括履带导引轮、支架、轮轴及两个从动轮，其中支架与第一弹性支撑臂或第二弹性支撑臂相连，轮轴的两端通过轴承安装在支架上；所述两个从动轮通过轴承安装在轮轴上，在两个从动轮之间设有与轮轴键连接的履带导引轮，该履带导引轮与履带相连接；履带导引轮的半径与履带的厚度之和小于驱动轮或从动轮的半径；所述摆动装置包括摆动电机、蜗杆及蜗轮，其中摆动电机安装在连接支架上，摆动电机的输出轴上连接有蜗杆，在主轮轴上键连接有与蜗杆相啮合的蜗轮。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明采用驱动轮、从动轮与履带相结合的方式，使得载体在平地之间利用轮子进行行走，提高移动效率；在障碍物之间使用履带方式进行行走，保证了越障过程中的稳定性及安全性，两种行走方式自动切换。

2.本发明能够保证载体在平地和坡面上都能保持水平状态，同时增大了在障碍物上的接地面积。

3.本发明在爬楼或越障过程中具有较大的支撑面，从而保证了载体的安全。

4.本发明结构简单，适合于翻越台阶、楼梯、斜坡等障碍，适用范围广。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明驱动轮组或从动轮组的结构示意图；

图3为本发明弹性支撑臂的结构示意图；

图4为本发明两弹性支撑臂的连接示意图；

图5为本发明的立体结构示意图；

图6为本发明第一弹性支撑臂(固定臂)与连接支架的连接示意图；

图7为本发明第二弹性支撑臂(摆动臂)与摆动装置的结构原理图；

图8为本发明在楼梯上的变形示意图；

其中：1为第一弹性支撑臂，2为第二弹性支撑臂，3为驱动轮组，4为第一从动轮组，5为第二从动轮组，6为第三从动轮组，7为履带，8为驱动轮，9为从动轮，10为履带导引轮，11为支架，12为轮轴，13为套筒，14为弹簧，15轴芯，16为行走电机，17为连接支架，18为主轮轴，19为摆动电机，20为蜗杆，21为蜗轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～7所示，本发明由结构相同的两部分组成，每部分包括一条履带7、一组驱动轮组3、第一～三从动轮组4～6及第一、二弹性支撑臂1、2，其中第一弹性支撑臂1的两端分别连接驱动轮组3及第二从动轮组5，第二弹性支撑臂2的两端分别连接第一、三从动轮组4、6，驱动轮组3及第一～三从动轮组4～6之间通过履带7相连接；第一弹性支撑臂1包括套筒13、轴芯15及弹簧14，其中轴芯15的两端分别插设有套筒13，套筒13内容置有弹簧14，弹簧14的两端分别抵接在轴芯15及套筒内表面上；套筒13为半封闭的圆筒，轴芯15的径向截面为半圆形。第二弹性支撑臂2的结构与第一弹性支撑臂1的结构近似，区别在于第二弹性支撑臂2的轴芯15与第一弹性支撑臂1的轴芯15分别为一个圆的两半，两轴芯组合成的圆直径略小于套筒13的内径，以保证轴芯15相对于套筒13沿轴向移动。两部分中的第二弹性支撑臂2通过主轮轴18相连接，主轮轴18分别与两部分中第二弹性支撑臂2的轴芯15固接、并穿过第二弹性支撑臂2的轴芯15通过轴承与第一弹性支撑臂1的轴芯相连，使得第二弹性支撑臂2相对于第一弹性支撑臂1可摆动且第一、二弹性支撑臂1、2处于同一平面内。在两部分中的第一弹性支撑臂1的轴芯15之间还固接有两个连接支架17，分别位于主轮轴18的两侧；连接支架17上分别设有行走电机16及驱动第二弹性支撑臂2摆动的摆动装置，其中行走电机16固接在靠近驱动轮组的连接支架上；摆动装置包括摆动电机19、蜗杆20及蜗轮21，摆动电机19安装在靠近第二从动轮组5的连接支架上，摆动电机19的输出轴上连接有蜗杆20，在主轮轴18上键连接有与蜗杆20相啮合的蜗轮21。驱动轮组3包括履带导引轮10、支架11、轮轴12及两个驱动轮8，其中支架11与第一弹性支撑臂1一端(位于图1中左下侧)的套筒13相连接，轮轴12的两端通过轴承安装在支架11上，其中一端由支架11穿出、与行走电机16的输出轴相连接；所述轮轴12上键连接有履带导引轮10及两个驱动轮8，履带导引轮10位于两个驱动轮8之间、与履带7相连接。第一～三从动轮组4～6结构相同，包括履带导引轮10、支架11、轮轴12及两个从动轮9，其中第一从动轮组4中的支架11与第二弹性支撑臂2一端(位于图1中左上侧)的套筒13相连接、第二从动轮组5中的支架11与第一弹性支撑臂1另一端(位于图1中右上侧)的套筒13相连接、第三从动轮组6中的支架11与第二弹性支撑臂2另一端(位于图1中右下侧)的套筒13相连接，轮轴12的两端通过轴承安装在支架11上；所述两个从动轮9通过轴承安装在轮轴12上，在两个从动轮9之间设有与轮轴12键连接的履带导引轮10，该履带导引轮10与履带7相连接。履带导引轮10的半径与履带7的厚度之和小于驱动轮8或从动轮9的半径。

本发明的工作原理为：

本发明与驱动轮组3及第二从动轮组5相连接的第一弹性支撑臂1为“固定臂”，与第一、三从动轮组4、6相连接的第二弹性支撑臂2为“摆动臂”，载体固定在连接支架17上；由于履带导引轮半径与履带厚度之和略小于驱动轮8及从动轮9的半径，因此，当本发明越障机械承载着载体在平地上行走时，两部分中驱动轮组3中的共计四个驱动轮8及两部分中第三从动轮组6中的共计四个从动轮9与地面接触，两部分中的行走电机16同步工作，驱动四个驱动轮8转动，利用轮子行走；当需要爬楼梯或越障时，如图8所示，由于载体的策略作用，自动切换到履带行走的方式；在爬楼或越障过程中，摆动电机19工作，驱动蜗杆20转动，通过蜗杆20与蜗轮21的啮合带动主动轴18摆动，由于主动轴18与第二弹性支撑臂2的轴芯15固接、与第一弹性支撑臂1的轴芯15通过轴承连接，因此，第二弹性支撑臂2随着主轮轴18一起相对于第一弹性支撑臂1摆动，通过第二弹性支撑臂(摆动臂)的摆动带动履带7变形，从而在增加载体接地面积的同时降低了载体的重心，增强了越障过程中的稳定性和安全性；同时，两部分中的行走电机16同步工作，通过履带导引轮10带动履带转动，使载有载体的本发明越障机构进行爬楼或越障碍；由于第一、二弹性支撑臂1、2两端套筒内的弹簧作用，使得不论第二弹性支撑臂摆动到什么位置，履带都能在不受外力作用的情况下保持张紧。

Claims (7)

1.一种轮履式越障机构，其特征在于：由结构相同的两部分组成，每部分包括一组驱动轮组、三组从动轮组及两个弹性支撑臂，其中第一弹性支撑臂(1)的两端分别连接驱动轮组(3)及第二从动轮组(5)，第二弹性支撑臂(2)的两端分别连接第一、三从动轮组(4、6)，第二弹性支撑臂(2)可相对摆动地通过主轮轴(18)的一端与第一弹性支撑臂(1)相连，主轮轴(18)的另一端分别连接另一部分中的两个弹性支撑臂；所述两部分的第一弹性支撑臂(1)之间设有连接支架(17)，在连接支架(17)上分别设有行走电机(16)及驱动第二弹性支撑臂(2)摆动的摆动装置，行走电机(16)与驱动轮组(3)相连；所述驱动轮组(3)及第一～三从动轮组(4～6)之间通过履带(7)相连接。

2.按权利要求1所述的轮履式越障机构，其特征在于：所述第一弹性支撑臂(1)包括套筒(13)、轴芯(15)及弹簧(14)，其中轴芯(15)的两端分别插设有与驱动轮组(3)及第二从动轮组(5)相连接的套筒(13)，套筒(13)内容置有弹簧(14)，弹簧(14)的两端分别抵接在轴芯(15)及套筒内表面上；所述轴芯(15)通过轴承与主轮轴(18)的一端相连接；

所述第二弹性支撑臂(2)包括套筒(13)、轴芯(15)及弹簧(14)，其中轴芯(15)的两端分别插设有与第一、三从动轮组(4、6)相连接的套筒(13)，套筒(13)内容置有弹簧(14)，弹簧(14)的两端分别抵接在轴芯(15)及套筒内表面上；所述轴芯(15)与主轮轴(18)的一端固接。

3.按权利要求2所述的轮履式越障机构，其特征在于：所述套筒(13)为半封闭的圆筒，所述轴芯(15)的径向截面为半圆形，第一、二弹性支撑臂(1、2)通过各自的轴芯(15)相连接且处于同一平面内。

4.按权利要求1所述的轮履式越障机构，其特征在于：所述驱动轮组(3)包括履带导引轮(10)、支架(11)、轮轴(12)及两个驱动轮(8)，其中支架(11)与第一弹性支撑臂(1)相连，轮轴(12)的两端通过轴承安装在支架(11)上，其中一端由支架(11)穿出、与行走电机(16)的输出轴相连接；所述轮轴(12)上键连接有履带导引轮(10)及两个驱动轮(8)，履带导引轮(10)位于两个驱动轮(8)之间、与履带(7)相连接。

5.按权利要求1所述的轮履式越障机构，其特征在于：所述第一～三从动轮组(4～6)结构相同，包括履带导引轮(10)、支架(11)、轮轴(12)及两个从动轮(9)，其中第一～三从动轮组(4～6)中的三个支架(11)分别与第一弹性支撑臂(1)的一端、第二弹性支撑臂(2)的两端相连，轮轴(12)的两端通过轴承安装在支架(11)上；所述两个从动轮(9)通过轴承安装在轮轴(12)上，在两个从动轮(9)之间设有与轮轴(12)键连接的履带导引轮(10)，该履带导引轮(10)与履带(7)相连接。

6.按权利要求4或5所述的轮履式越障机构，其特征在于：所述履带导引轮(10)的半径与履带(7)的厚度之和小于驱动轮(8)或从动轮(9)的半径。

7.按权利要求1所述的轮履式越障机构，其特征在于：所述摆动装置包括摆动电机(19)、蜗杆(20)及蜗轮(21)，其中摆动电机(19)安装在连接支架(17)上，摆动电机(19)的输出轴上连接有蜗杆(20)，在主轮轴(18)上键连接有与蜗杆(20)相啮合的蜗轮(21)。

Images